CN109232931A - 一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法，该方法包括如下步骤：1)称取100份纳米纤维素胶体、0.08份TEMPO粉末和0.52份NaBr粉末，用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入0.4～4份NaClO溶液，调节并保持体系pH值至10，加入无水乙醇使反应结束；然后离心洗涤，制得氧化纳米纤维素；2)再取纳米纤维素胶体与氧化纳米纤维素缓释控制剂混合稀释至固含量为1％，制得混合纳米纤维素悬浮液；3)配制浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，加入到混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌制得成膜液；4)将成膜液浇铸到模具中，经干燥得到纳米纤维素抗菌缓释膜。本发明制得的抗菌缓释膜具有良好的机械性能及抗菌剂缓释功能，可以有效抑制微生物生长。

Description

一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法
技术领域
本发明属于包装薄膜的制备技术领域，具体是一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法。
背景技术
抗菌包装是将包装材料与抗菌剂以多种方式相结合来提高食品保质期和安全性的一种有效方式。抗菌剂是抗菌包装的核心和灵魂，抗菌剂一般分为无机抗菌剂、有机抗菌剂以及天然抗菌剂。乳酸链球菌素是一类天然生物活性的阳离子抗菌蛋白，也是唯一被国家允许作为食品安全添加剂的防腐剂类细菌素。乳酸链球菌素可以用于与不同可降解材料的复合包装中，例如在层层自组装的细菌纤维素薄膜中复合乳酸链球菌素能有效地抑制食物中李斯特氏菌的生长，减少其表面菌落总数和浓度。含有乳酸链球菌素的包装薄膜在食品包装过程中与食品直接接触，能有效抑制食品中微生物的繁殖和增长，从而达到延长货架期的目的。
目前，乳酸链球菌素抗菌包装材料的制备方法包括混合共挤出成膜、混合溶液浇铸成膜、表面涂覆等，然而这类方法的主要问题是随着包装贮藏时间的延长，包装材料表面乳酸链球菌素浓度降低，难以达到抑制食品表面微生物生长的目的。因此，缓释控释问题是制约乳酸链球菌素在抗菌包装中应用效果的主要问题。
缓释控释技术是近年发展起来的一种新型抗菌包装技术，该技术采用物理或化学的方法将抗菌剂与包装材料相结合，使得抗菌剂经由包装材料缓慢的释放到食品包装体系中，并将其浓度维持在有效范围内，保证抗菌剂在一定时间或空间内通过扩散作用于食品表面的微生物，达到灭菌及抑菌的作用，从而延长食品货架期，在食品微生物控制领域具有很强的应用前景。
纳米纤维素是一种天然高分子多糖类聚合物，具有天然可降解的特点及具有良好的成膜性，在强度性能、阻隔性能等方面具有明显的优势。纳米纤维素除了具有来源丰富、对环境友好等性质外，还具备比表面积大、多孔性以及吸附性能良好的优势，常常作为抗菌剂、药物的载体在食品包装、造纸、生物医药、新能源以及精细化工等领域有着广阔的应用。
目前，将纳米纤维素和乳酸链球菌素结合制备抗菌膜的报道很多，例如Salmieri等人将纳米纤维素与乳酸链球菌素直接进行物理共混(Cellulose 2014,21,1837–1850)，从而制备具有抗菌功能的纳米纤维素/聚乳酸复合膜。此外，Aveyard等人采用化学交联法将乳酸链球菌素结合到纳米纤维素表面，从而赋予纳米纤维素抗菌效果(J.Mater.Chem.B2017,5)。然而，尚未见有利用氧化纳米纤维素与乳酸链球菌素直接混合制备纳米纤维素抗菌缓释膜的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法，该方法以纳米纤维素为主要成膜基材，采用乳酸链球菌素为抗菌剂，以氧化纳米纤维素为缓释控制剂，采用溶液浇铸法成膜；纳米纤维素经氧化处理后表面带有负电性的羧基基团，可以与乳酸链球菌素表面的氨基、羧基、硫基等多种活性官能团发生相互作用，进而实现乳酸链球菌素的缓释控释。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法，包括如下操作步骤：
1)以下原料按重量份配制：称取100份纳米纤维素胶体、0.08份2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物粉末和0.52份NaBr粉末，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入0.4～4份有效氯浓度为112g/l的NaClO溶液，再用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液调节体系pH值至10，保持反应温度为25℃，反应过程中体系pH值一直降低，通过滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液使体系的pH值维持在10，直至体系pH值维持在10不变时，向体系中加入10份无水乙醇，使反应结束；随后高速离心洗涤，直至上清液滴加HNO3和AgNO3溶液不出现絮状沉淀为止，制得氧化纳米纤维素缓释控制剂；
2)按重量份称取100份纳米纤维素胶体和10～100份步骤1)制得的氧化纳米纤维素缓释控制剂，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至质量浓度为1％，超声处理10min后磁力搅拌1h，制得混合纳米纤维素悬浮液；
3)将乳酸链球菌素粉末溶于pH值为2的盐酸溶液中，室温下磁力搅拌4h，配制质量浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，并将该溶液加入到步骤2)制得的混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌4h制得成膜液，且成膜液中乳酸链球菌素的质量浓度为0.2～0.5％；
4)将步骤3)制得的成膜液浇铸到模具中，并放置在温度为50℃的烘箱中干燥24h，得到纳米纤维素抗菌缓释膜。
所述纳米纤维素胶体由原料为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维或漂白蔗渣纤维采用机械研磨法制备得到质量浓度为5％、纳米纤维素直径2～20nm、长度0.1～100μm的纳米纤维素胶体。
本发明方法利用氧化纳米纤维素的成膜性能和缓释性能，控制乳酸链球菌素在抗菌包装材料中的释放速度，以达到有效抑制食品贮存期内的微生物生长，延长食品贮存保鲜时间的目的。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1)本发明制备的纳米纤维素抗菌缓释膜以氧化纳米纤维素作为缓释剂，实现对乳酸链球菌素的控制释放，制备的纳米纤维素膜具有长效抗菌功能，对抑制食品表面微生物生长、延长产品货架寿命具有重要意义。
2)本发明的制备工艺简单易行，工艺参数也较容易控制，可批量生产，而且得到的纳米纤维素抗菌缓释膜具有良好的机械性能及抗菌剂缓释功能，可以有效抑制火腿、奶酪等即食食品贮藏期内的微生物生长，在食品保鲜领域具有潜在的应用前景。
具体实施方式
以下实例是用来更好的说明本发明，但本发明的保护范围不限于以下实例。
实施例1
一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法如下：
1)以漂白蔗渣纤维为原料，采用机械研磨法制得质量浓度为5％的纳米纤维素胶体，所得纳米纤维素直径2～20nm、长度0.1～100μm；
2)称取100份(按重量份，下同)纳米纤维素胶体、0.08份2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物粉末和0.52份NaBr粉末，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入0.4份有效氯浓度为112g/l的NaClO溶液，再用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液调节体系pH值至10，保持反应温度为25℃，反应过程中体系pH值一直降低，通过滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液使体系的pH值维持在10，直至体系pH值维持在10不变时，向体系中加入10份无水乙醇，使反应结束；随后高速离心洗涤，直至上清液滴加HNO3和AgNO3溶液不出现絮状沉淀为止，制得氧化纳米纤维素缓释控制剂；
3)称取100份纳米纤维素胶体和10份步骤2)制得的氧化纳米纤维素缓释控制剂，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至质量浓度为1％，超声处理10min后磁力搅拌1h，制得混合纳米纤维素悬浮液；
4)将乳酸链球菌素粉末溶于pH值为2的盐酸溶液中，室温下磁力搅拌4h，配制质量浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，并将该溶液加入到步骤3)制得的混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌4h制得成膜液，且成膜液中乳酸链球菌素的质量浓度为0.2％；
5)将步骤4)制得的成膜液浇铸到模具中，并放置在温度为50℃的烘箱中干燥24h，得到纳米纤维素抗菌缓释膜。
将得到的纳米纤维素抗菌缓释膜进行抗菌性能分析：分别在片状即食火腿片的两面涂上相同量李斯特菌液，并将纳米纤维素抗菌缓释膜贴在即食火腿表面的两面，然后将即食火腿片放入PET塑料带中进行真空包装，在4℃环境中冷藏，通过涂盘法测定冷藏60天时即食火腿表面的细菌菌落数，以此判断纳米纤维素抗菌缓释膜的缓释作用。不添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌膜包装的火腿表面细菌在第7天开始出现生长，而添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌缓释膜包装的火腿表面细菌在第14天仍未出现生长，表明氧化纳米纤维素的添加能有效控制乳酸链球菌素的释放速度，在14天的贮藏期内能够有效保证火腿表面乳酸链球菌素浓度一直高于细菌的最小抑菌浓度，从而有效抑制细菌增殖。
实施例2
一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法如下：
1)以漂白针叶木纤维为原料，采用机械研磨法制得质量浓度为5％的纳米纤维素胶体，所得纳米纤维素直径2～20nm、长度0.1～100μm；
2)称取100份(按重量份，下同)纳米纤维素胶体、0.08份2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物粉末和0.52份NaBr粉末，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入2份有效氯浓度为112g/l的NaClO溶液，再用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液调节体系pH值至10，保持反应温度为25℃，反应过程中体系pH值一直降低，通过滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液使体系的pH值维持在10，直至体系pH值维持在10不变时，向体系中加入10份无水乙醇，使反应结束；随后高速离心洗涤，直至上清液滴加HNO3和AgNO3溶液不出现絮状沉淀为止，制得氧化纳米纤维素缓释控制剂；
3)称取100份纳米纤维素胶体和50份步骤2)制得的氧化纳米纤维素缓释控制剂，室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至质量浓度为1％，超声处理10min后磁力搅拌1h，制得混合纳米纤维素悬浮液；
4)将乳酸链球菌素粉末溶于pH值为2的盐酸溶液中，室温下磁力搅拌4h，配制质量浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，并将该溶液加入到步骤3)制得的混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌4h制得成膜液，且成膜液中乳酸链球菌素的质量浓度为0.3％；
5)将步骤4)制得的成膜液浇铸到模具中，并放置在温度为50℃的烘箱中干燥24h，得到纳米纤维素抗菌缓释膜。
将得到的纳米纤维素抗菌缓释膜进行性能分析：分别在片状即食火腿片的两面涂上相同量李斯特菌液，并将纳米纤维素抗菌缓释膜贴在即食火腿表面的两面，然后将即食火腿片放入PET塑料带中进行真空包装，在4℃环境中冷藏，通过涂盘法测定冷藏60天内的即食火腿表面的细菌菌落数，以此判断纳米纤维素抗菌缓释膜的缓释作用。不添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌膜包装的火腿表面细菌在第14天开始出现生长，而添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌缓释膜包装的火腿表面细菌在第20天仍未出现生长，表明氧化纳米纤维素的添加能有效控制乳酸链球菌素的释放速度，在20天的贮藏期内能够有效保证火腿表面乳酸链球菌素浓度一直高于细菌的最小抑菌浓度，从而有效抑制细菌增殖。
实施例3
一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法如下：
1)以漂白阔叶木纤维为原料，采用机械研磨法制得质量浓度为5％的纳米纤维素胶体，所得纳米纤维素直径2～20nm、长度0.1～100μm；
2)称取100份(按重量份，下同)纳米纤维素胶体、0.08份2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物(TEMPO)粉末和0.52份NaBr粉末，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入4份有效氯浓度为112g/l的NaClO溶液，再用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液调节体系pH值至10，保持反应温度为25℃，反应过程中体系pH值一直降低，通过滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液使体系的pH值维持在10，直至体系pH值维持在10不变时，向体系中加入10份无水乙醇，使反应结束；随后高速离心洗涤，直至上清液滴加HNO3和AgNO3溶液不出现絮状沉淀为止，制得氧化纳米纤维素缓释控制剂；
3)称取100份纳米纤维素胶体和100份步骤2)制得的氧化纳米纤维素缓释控制剂，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至质量浓度为1％，超声处理10min后磁力搅拌1h，制得混合纳米纤维素悬浮液；
4)将乳酸链球菌素粉末溶于pH值为2的盐酸溶液中，室温下磁力搅拌4h，配制质量浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，并将该溶液加入到步骤3)制得的混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌4h制得成膜液，且成膜液中乳酸链球菌素的质量浓度为0.5％；
5)将步骤4)制得的成膜液浇铸到模具中，并放置在温度为50℃的烘箱中干燥24h，得到纳米纤维素抗菌缓释膜。
将得到的纳米纤维素抗菌缓释膜进行性能分析：分别在片状即食火腿片的两面涂上相同量李斯特菌液，并将纳米纤维素抗菌缓释膜贴在即食火腿表面的两面，然后将即食火腿片放入PET塑料带中进行真空包装，在4℃环境中冷藏，通过涂盘法测定冷藏60天内即食火腿表面的细菌菌落数，以此判断纳米纤维素抗菌缓释膜的缓释作用。不添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌膜包装的火腿表面细菌在第21天开始出现生长，而添加氧化纳米纤维素缓释剂的抗菌缓释膜包装的火腿表面细菌在第40天仍未出现生长，表明氧化纳米纤维素的添加能有效控制乳酸链球菌素的释放速度，在40天的贮藏期内能够有效保证火腿表面乳酸链球菌素浓度一直高于细菌的最小抑菌浓度，从而有效抑制细菌增殖。

Claims (2)

1.一种纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法，其特征在于，它包括如下操作步骤：
1)以下原料按重量份配制：将100份纳米纤维素胶体、0.08份2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧化物粉末和0.52份NaBr粉末，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至固含量为1％，加入0.4～4份有效氯浓度为112g/l的NaClO溶液，再用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液调节体系pH值至10，保持反应温度为25℃，反应过程中体系pH值一直降低，通过滴加浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液使体系的pH值维持在10，直至体系pH值维持在10不变时，向体系中加入10份无水乙醇，使反应结束；随后高速离心洗涤，直至上清液滴加HNO3和AgNO3溶液不出现絮状沉淀为止，制得氧化纳米纤维素缓释控制剂；
2)按重量份称取100份纳米纤维素胶体和10～100份步骤1)制得的氧化纳米纤维素缓释控制剂，于室温下混合均匀并用蒸馏水稀释至质量浓度为1％，超声处理10min后磁力搅拌1h，制得混合纳米纤维素悬浮液；
3)将乳酸链球菌素粉末溶于pH值为2的盐酸溶液中，室温下磁力搅拌4h，配制质量浓度为1％的乳酸链球菌素溶液，并将该溶液加入到步骤2)制得的混合纳米纤维素悬浮液中，磁力搅拌4h制得成膜液，且成膜液中乳酸链球菌素的质量浓度为0.2～0.5％；
4)将步骤3)制得的成膜液浇铸到模具中，并放置在温度为50℃的烘箱中干燥24h，得到纳米纤维素抗菌缓释膜。
2.根据权利要求1所述纳米纤维素抗菌缓释膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述纳米纤维素胶体由原料为漂白针叶木纤维、漂白阔叶木纤维或漂白蔗渣纤维采用机械研磨法制备得到质量浓度为5％、纳米纤维素直径2～20nm、长度0.1～100μm的纳米纤维素胶体。
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